"Биология. Человек и его здоровье", В. С. Рохлов, С. Б. Трофимов
Дыхательные движения обновляют воздух в лёгких: при вдохе грудная клетка расширяется, а при выдохе уменьшается. Работу выполняют диафрагма и межрёберные мышцы, а лёгкие следуют за движениями грудной клетки благодаря плевре. В альвеолах кислород переходит в кровь, а углекислый газ — в воздух. Затем кровь доставляет кислород к тканям, где газообмен идёт в противоположном направлении. Так организм получает кислород для клеточного дыхания и удаляет углекислый газ.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Дыхательные движения — ритмичные изменения объёма грудной клетки и лёгких, обеспечивающие поступление воздуха и его удаление. Иначе говоря, это повторяющиеся вдохи и выдохи, благодаря которым воздух обновляется. Без таких движений лёгкие не получали бы новую порцию воздуха для газообмена.
Вдох — фаза дыхательного движения, при которой объём грудной клетки увеличивается, а воздух поступает в лёгкие. При этом дыхательные мышцы расширяют грудную клетку, а давление в лёгких падает. Вдох нужен, чтобы доставить воздух, содержащий кислород, к альвеолам.
Выдох — фаза дыхательного движения, при которой объём грудной клетки уменьшается, а воздух выходит из лёгких. Во время обычного выдоха дыхательные мышцы расслабляются, и грудная клетка возвращается к исходному положению. С выдыхаемым воздухом организм удаляет часть углекислого газа.
Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между воздухом альвеол, кровью и тканями организма. Альвеолы — маленькие воздушные пузырьки в лёгких, окружённые кровеносными капиллярами. Газообмен связывает дыхание с кровообращением: кровь получает кислород в лёгких и отдаёт его клеткам.
Диафрагма — мышца, отделяющая грудную полость от брюшной. При вдохе она сокращается, становится более плоской и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра. Грудная полость расширяется в нескольких направлениях, потому что движения диафрагмы и рёбер складываются. При расслаблении мышц диафрагма поднимается, рёбра опускаются, и объём грудной клетки уменьшается.
Воздух движется вслед за разностью давления: он направляется из области, где давление выше, туда, где оно ниже. Когда объём грудной клетки увеличивается, лёгкие расширяются, а давление воздуха внутри них становится ниже атмосферного. Поэтому воздух входит через дыхательные пути, пока давление не выровняется. При уменьшении объёма грудной клетки давление в лёгких повышается, и воздух выходит наружу.
Сами лёгкие не могут активно расширяться и сжиматься: в их ткани нет мышц, предназначенных для таких движений. Лёгкие окружены плеврой — оболочкой из двух листков, один из которых прилегает к лёгким, а другой выстилает грудную полость. Между листками находится тонкий слой жидкости, позволяющий им скользить, но сохраняющий связь между лёгкими и грудной стенкой. Поэтому при движении грудной клетки лёгкие следуют за ней и меняют объём вместе с ней.
В альвеолах кислорода в воздухе больше, чем в крови, которая пришла по лёгочным капиллярам, а углекислого газа — меньше. Газы диффундируют через тонкие влажные стенки альвеол и капилляров из области большей концентрации в область меньшей. Поэтому кислород переходит из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Затем кровь переносит кислород к органам и тканям.
Клетки непрерывно используют кислород, поэтому его концентрация в тканях ниже, чем в крови. В результате кислород диффундирует из капилляров в клетки. В клетках образуется углекислый газ, и его концентрация там выше, чем в крови, поэтому он переходит из тканей в кровь. Так направление движения газов в тканях противоположно их движению в лёгких.
Сравнивайте процессы по трём признакам: что происходит с объёмом грудной клетки, куда движется воздух или газ и что вызывает это движение. Вдох и выдох связаны с изменением давления, а газообмен — с разностью концентраций газов по сторонам тонкой стенки. Особенно полезно сопоставить две последние строки: в лёгких кислород идёт в кровь, а в тканях — из крови.
| Процесс | Что происходит с объёмом грудной клетки | Направление движения воздуха или газа | Главная причина |
|---|---|---|---|
| Вдох | Увеличивается | Воздух входит в лёгкие | Давление в лёгких становится ниже атмосферного |
| Выдох | Уменьшается | Воздух выходит из лёгких | Давление в лёгких становится выше атмосферного |
| Газообмен в лёгких | Не является непосредственной причиной обмена | Кислород: из альвеол в кровь; углекислый газ: из крови в альвеолы | Разность концентраций газов и тонкие стенки |
| Газообмен в тканях | Не является непосредственной причиной обмена | Кислород: из крови в клетки; углекислый газ: из клеток в кровь | Разность концентраций газов по обе стороны стенок капилляров |
Задача 1. Определить фазу дыхания, если диафрагма сокращена и опущена, а рёбра подняты. Чтобы ответить, нужно связать положение мышц с объёмом грудной клетки. Затем по изменению объёма можно установить, куда движется воздух.
Ответ: это вдох. Главный признак — увеличение объёма грудной клетки, вызванное работой дыхательных мышц. Направление движения воздуха подтверждает вывод: он поступает внутрь.
Задача 2. Объяснить, почему воздух входит в лёгкие при увеличении объёма грудной клетки. Недостаточно сказать, что грудная клетка расширилась: нужно проследить, как это влияет на давление. Воздух не втягивается лёгкими самостоятельно, а движется из-за разницы давлений.
Ответ: при увеличении объёма лёгких давление в них падает, поэтому воздух входит внутрь. Причина движения воздуха — разность давления снаружи и внутри лёгких. Сами лёгкие не втягивают воздух активным сокращением.
Задача 3. Сравнить направление движения кислорода и углекислого газа в лёгких и тканях. Для этого нужно рассматривать каждый участок отдельно и определить, где концентрация каждого газа выше. Газы перемещаются через тонкие стенки туда, где их концентрация ниже.
Ответ: в лёгких кислород направляется из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. В тканях кислород идёт из крови в клетки, углекислый газ — из клеток в кровь. Направление определяется разностью концентраций, а не тем, какой именно газ рассматривается сам по себе.
Ошибка — считать, что лёгкие сами активно расширяются и сокращаются. Её допускают, потому что при вдохе объём лёгких действительно меняется, и кажется, будто они выполняют движение самостоятельно. Но изменение начинается с работы диафрагмы и межрёберных мышц, а лёгкие следуют за грудной клеткой благодаря плевре. Проверка: назовите мышцы, меняющие объём грудной полости, и объясните, как лёгкие связаны с ней.
Ошибка — путать вдох с выдохом и считать, что при вдохе грудная клетка уменьшается. Иногда внимание сосредоточено на движении воздуха, а не на работе мышц и изменении объёма. При вдохе объём увеличивается, давление в лёгких снижается и воздух входит; при выдохе объём уменьшается и воздух выходит. Проверка: сначала определите, увеличился или уменьшился объём грудной клетки, а затем назовите фазу.
Ошибка — утверждать, что кислород и углекислый газ движутся в одном направлении и в лёгких, и в тканях. Это происходит, если запомнить только один участок газообмена и перенести его схему на весь организм. В лёгких кислород поступает в кровь, а в тканях выходит из неё; с углекислым газом наоборот. Проверка: отдельно укажите, откуда и куда движется каждый газ в лёгких и в тканях.
Ошибка — считать, что газообмен происходит только между воздухом и кровью. Так забывают, что кровь не только получает кислород в лёгких, но и передаёт его клеткам. В тканях кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ — из клеток в кровь. Проверка: проследите путь кислорода от альвеол до клетки и обратный путь углекислого газа.
Чтобы разобраться в дыхательных движениях и газообмене, нужно знать строение органов дыхания, состав атмосферного воздуха и роль крови в переносе веществ. Эта тема помогает понять клеточное дыхание и энергетический обмен: клетки используют кислород и образуют углекислый газ. При физической нагрузке потребность тканей в кислороде возрастает, поэтому важно понимать связь работы организма с дыханием. Здесь также применяется представление о диффузии через тонкие влажные поверхности.
Почему лёгкие не могут самостоятельно сокращаться?
В лёгких нет мышц, которые могли бы активно сокращать их и менять их объём. Они следуют за грудной клеткой благодаря плевре: её листки соединены тонким слоем жидкости и скользят друг относительно друга.
Чем обычный вдох отличается от обычного выдоха?
При вдохе диафрагма сокращается и опускается, рёбра поднимаются, а объём грудной клетки увеличивается. При обычном выдохе дыхательные мышцы расслабляются, объём уменьшается, и воздух выходит из лёгких.
Почему воздух входит в лёгкие, если лёгкие не втягивают его сами?
При расширении грудной клетки расширяются и лёгкие, поэтому давление внутри них становится ниже атмосферного. Воздух движется из области более высокого давления в область более низкого и поступает в лёгкие.
За счёт чего кислород и углекислый газ переходят через стенки альвеол?
Газы переходят туда, где их концентрация ниже: это называется диффузией. Тонкие и влажные стенки альвеол и окружающих их капилляров облегчают такой переход.
Почему в тканях кислород движется из крови к клеткам?
Клетки постоянно используют кислород, поэтому его концентрация в них ниже, чем в крови. Кислород диффундирует из крови в клетки, а углекислый газ, образующийся в клетках, переходит в кровь.
§ 48. Дыхательные движения. Газообмен в легких и тканях
